不同间套作模式对大豆农艺性状及系统经济效益的影响

周 颖，陈 平，杜 青，庞 婷，付智丹，张晓娜，任建锐，杨文钰，雍太文

（四川农业大学农学院/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,成都 611130）

大豆起源于中国，在我国栽培历史悠久[1]。大豆具有较高的营养价值，其中含有丰富的植物蛋白、不饱和脂肪酸、维生素和钙等物质，易被人体消化吸收[2]。随着我国人口的增长和人们生活水平的提高，对高品质植物蛋白的需求急剧增加[3]。然而，我国大豆生产严重不足，供需矛盾日益严峻[4]。2016年，我国大豆进口量达8 600万t，占到了世界大豆总贸易量的62%以上[5]。西北河西绿洲灌区为我国大豆非主产区，其供给远远达不到当地人们的需求。因此，利用当地土地、自然资源以及机械化等优势，结合该地区主栽作物，发展高效多熟制种植方式成为了缓解该地区大豆供需矛盾的有效途径。

间套作种植是一种较好的高效种植模式，系统中两共生作物之间会产生一定的时间差和空间差，使系统产生互补效应，其光热、水分、养分等资源得到充分利用，形成产量优势，从而增加农民的收入[6-9]。已有研究表明[10]，与单作农田相比，玉米-大豆间作、小麦/大豆套作和亚麻/大豆套作的土地利用效率分别提高了 34.0%、52.0%和 52.0%，单位面积产量分别为单作农田的 1.28、1.48 和 1.55 倍，有利于农民盈利。对于不同作物间套作大豆，前人的研究主要集中在系统产量及经济效益上，而对不同间套作系统中大豆植株生长发育及产量形成方面的研究报道较少。因此，本研究通过当地不同作物与大豆间套作种植，对间套作大豆农艺性状、干物质积累及产量构成因素进行了测定，并对系统经济效益进行客观分析，为该地区间套作大豆种植提供相应理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验在甘肃省河西绿洲灌区武威市黄羊农场进行。供试玉米品种为金穗3号，白银金穗有限公司提供；大豆品种为中黄30，中国农业科学院作物科学研究所提供；小麦品种为宁春4号，宁夏永宁县小麦育种繁殖所提供；亚麻品种为陇亚10号，甘肃省农业科学院提供。

1.2 试验设计

单因素随机区组设计，设大豆3种间套作模式，即玉米-大豆间作（maize-soybean intercropping，IMS）、小麦/大豆套作（wheat/soybean intercropping，IWS）、亚麻/大豆套作（flax/soybean intercropping，IFS），以大豆单作（soybean sole cropping，SS）为对照，共4个处理，3次重复。小区面积为8.8 m×5 m=44 m2，每个小区4带，带宽2.2 m。各处理均采用宽窄行种植，IMS间作玉米窄行40 cm，种2行玉米，宽行内种3行大豆，大豆行距30 cm，间作玉米与大豆间距60 cm，玉米密度为 7.5万株/hm2，穴留单株，株距为12 cm，大豆密度为 16.5 万株/hm2，穴留单株，株距8.3 cm；IWS、IFS 套作小麦、亚麻宽行 120 cm，种 7行小麦、亚麻，窄行内种3行大豆，小麦、亚麻行距为20 cm，大豆行距为30 cm，小麦、亚麻与大豆间距20 cm，小麦密度78万株/hm2，亚麻密度405万株/hm2；SS窄行40 cm，种2行大豆，宽行内种3行大豆，大豆行距30 cm，宽行与窄行间距60 cm，单作大豆密度为 27.8 万株/hm2，穴留单株，株距为 8.3 cm。小麦和亚麻播种时间为4月1日，玉米和大豆播种时间为4月25日，均适时收获。根据当地市场行情，对不同种植模式中物质成本和用工投入进行调查记录。

1.3 样品的采集及测定方法

1.3.1 农艺性状的测定

在大豆收获前每小区选取大豆植株6株进行株高、首节长和主茎节数测定；用游标卡尺测量第一节间茎粗（茎粗）。

1.3.2 叶面积指数和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）的测定

在大豆R2、R4期，每小区选取大豆植株6株，采用打孔称重法[11]测定大豆叶面积，再根据公式（I=SL/SA，I为叶面积指数，SL为测得叶面积，SA为测得叶面积所代表的土地面积）计算大豆植株叶面积指数；采用手持式叶绿素测定仪（SPAD-502）测定大豆植株叶片SPAD值，测量时避开叶脉，取叶片底部、中部和上部的平均值[12]。

1.3.3 地上部干物质积累动态的测定

在R2、R4、R6和R8这4个时期，取大豆地上部植株6株，在105℃烘干箱内杀青2h，然后在85℃条件下24 h，烘至恒重后称其地上部干物质积累量。

1.3.4 产量的测定

收获前统计小区每行有效株数，成熟期时每小区选取一带，连取20株考种，测定单株粒数及百粒重。各小区实打实收，统计产量。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2007软件统计处理数据，利用DPS V.7.05 对数据进行LSD方差分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同间套作模式对大豆植株农艺性状的影响

由表1可见，不同间套作模式下的大豆植株农艺性状均表现不同。在IMS处理中，大豆株高和首节长均显著高于SS，较大豆单作分别增加了11.1%和31.1%；而茎粗显著低于SS，较大豆单作降低了6.5%。在IWS和IFS处理中，大豆株高、茎粗和主茎节数均显著低于SS。与大豆单作相比，IWS处理的大豆株高、茎粗和主茎节数分别降低了29.5%、4.8%和10.2%；IFS 处理分别降低了 23.4%、11.3%和 9.1%。

表1 不同间套作模式对大豆植株农艺性状的影响Table 1 Effects of different intercropping patterns on the soybean agronomic traits of soybean plants

2.2 不同间套作模式对大豆叶面积指数和叶片叶绿素相对含量的影响

叶面积指数和叶绿素相对含量（SPAD值）作为植物光合作用的重要指标，其大小与植株干物质积累及产量的形成密切相关。由表2可见，与SS相比，IMS、IWS和IFS处理的大豆叶面积指数均显著下降。其中，IMS处理较大豆单作在R2、R4时期降低了 49.5%、54.6%；IWS 处理降低了 78.4%、73.2%；IFS处理降低了 73.8%、72.9%。对 SPAD 值，IMS处理的大豆叶片SPAD值在R2期与大豆单作相比差异不显著，而在R4期显著高于SS处理，较大豆单作增加了9.7%；IWS和IFS处理的大豆叶片SPAD值在两个时期均显著低于大豆单作，IWS处理的大豆叶片SPAD值较对照在2个时期分别降低了13.5%和 9.8%；IFS 处理分别降低了20.9% 和16.1%。说明玉米与大豆间作在一定程度上能延长大豆叶片的光合时间，弥补大豆干物质积累及产量的形成；而小麦和亚麻直接限制了大豆叶片的光合作用。

表2 不同间套作模式对大豆叶面积指数和叶绿素相对含量（SPAD值）的影响Table 2 Effects of different intercropping patterns on soybean leaf area index （LAI） and the relative content of chlorophyll（SPAD value） of soybean

2.3 不同时期大豆地上部干物质动态积累

植株地上部干物质积累是反映作物生长发育的重要指标。由图1中可见，不同种植模式下大豆地上部干物质积累量随生育期进程而增加。在R2到R4期干物质增长较慢，R6期达到最高，随着后期物质消耗，在R8期略有下降。与SS相比，不同作物间套作大豆均降低了大豆地上部干物质积累。其中在R8期，地上部干物质积累量表现为：SS＞IMS＞IWS＞IFS，较大豆单作依次分别下降了 26.2%、45.9%和48.7%。说明在间套作系统中的玉米、小麦和亚麻均降低了大豆地上部干物质的积累，且小麦和亚麻对大豆的影响程度较大。

2.4 不同间套作模式对大豆产量构成因素的影响

由表3可见，由于不同间套作模式中的大豆密度低于大豆单作处理，从而导致间套作大豆有效株数均显著低于对照。在IMS处理中，大豆单株粒数显著低于大豆单作，较大豆单作降低了14.0%；而百粒重却显著高于大豆单作，较大豆单作增加了6.9%。IWS中的大豆单株粒数显著低于大豆单作，较大豆单作降低了18.2%；百粒重与大豆单作相比表现出差异不显著。IFS中的大豆单株粒数和百粒重均显著低于大豆单作，较大豆单作分别降低了15.6%和5.0%。就不同种植模式理论产量而言，IMS、IWS和IFS处理的大豆产量均显著低于SS处理，较大豆单作分别下降了 51.5%、56.8%和 57.4%。

表3 不同间套作模式对大豆产量构成因素的影响Table 3 Effects of different intercropping patterns on soybean yield components of soybean

图1 不同间套作模式对大豆地上部干物质动态积累的影响Figure 1 Effects of different intercropping patterns on soybean dry matter accumulation of aboveground soybean

2.5 不同间套作模式产出效果及经济效益分析

不同间套作模式产出效果和经济效益各不相同（表4、表5）。从表4可看出，在不同间套作模式中，大豆实产与理论产量基本一致。根据当地市场价格行情，各处理系统总产值表现为：IMS＞IFS＞IWS＞SS，依次为 282.2、178.2、164.4 和 102.6 万元/km2；与SS 相比，为大豆单作的 2.75、1.60 和 1.74 倍。对不同种植模式经济效益进行分析（表5），除生产所投入的物质成本和人工成本外，纯收益依次为IMS、IFS、IWS 和 SS，分别为 129.6、86.5、67.2 和 39.6 万元/km2。

表4 不同间套作模式产出效果Table 4 Output effect of different intercropping patterns

表5 不同间套作模式经济效益分析Table 5 Economic benefit analysis of different intercropping patterns 万元·kg-2

3 讨论与结论

不同作物与大豆间套作通过影响大豆生长环境，使得大豆农艺性状表现出一定的可塑性。卢秉生等[13]研究发现，在玉米-大豆间作系统中，玉米系统内环境有所改善，农艺性状变优，而大豆农艺性状指标下降。本研究表明：在玉米-大豆间作模式中，大豆受到相邻高秆作物玉米的荫蔽后，大豆植株较单作表现出主茎伸长、变细，叶面积指数和地上部干物质积累量降低。在小麦或亚麻与大豆套作系统中，小麦和亚麻虽为矮秆作物，但前期仍会对大豆产生一定的荫蔽，且在共生期间对地下部竞争较强。陈光荣等[14]研究发现，马铃薯套作大豆会导致大豆在生育前期叶面积指数降低，干物质积累变缓及光合速率下降。小麦、胡麻及大豆均为浅根系作物，水分及养分的利用存在生态位重叠。F.S.Zhang等[15]研究表明：小麦与大豆间作中，小麦作为竞争优势作物增加了氮和磷养分的吸收，其产生边行优势的1/3贡献来自于地下部。在本研究中，小麦或胡麻与大豆套作使得大豆植株各项农艺性状指标均低于对照，究其原因主要有两点：一是在大豆生育前期，小麦和胡麻产生的荫蔽对大豆植株生长造成的不利影响；二是在小麦或胡麻与大豆共生期阶段，小麦和胡麻的根系对养分和水分的竞争激烈，大豆处于竞争劣势，使大豆获得的土壤养分和水分不能满足大豆生长的需要，从而限制了大豆植株的生长。小麦或胡麻与大豆虽为套作种植，但产生的竞争激烈，对大豆生长发育影响过大，使得大豆植株在小麦和胡麻收获后恢复程度低，最终大豆表现为植株矮小。

大豆农艺性状指标与其产量具有一定的联系，已有研究表明，合理的株高、茎粗和主茎节数有利于大豆产量的形成，且叶面积指数和SPAD值与干物质积累量及产量形成表现出一定的正相关关系[16]。杨春杰等[17]研究表明：在玉米-大豆间作模式中，玉米对大豆产生的荫蔽会使得大豆单株有效荚数、有效粒数及单株产量降低。在本研究中，玉米与大豆间作使得大豆产量降低，而百粒重显著高于大豆单作处理。大豆产量下降的原因是大豆结荚减少，单株粒数下降。在小麦或胡麻套作大豆模式中，大豆单株粒数和百粒重均显著低于大豆单作处理，从而导致产量下降。张向前等[18]在玉米-大豆间作中发现：玉米和大豆根系互作有利于促进大豆各生育时期叶片叶绿素含量的增加。在本研究中，玉米具有延缓大豆叶片衰老的作用，使得大豆叶片在R4期的SPAD值高于大豆单作处理，有利于大豆后期籽粒的灌浆，从而改善了大豆百粒重。因此，在玉米-大豆间作模式中，大豆产量虽低于大豆单作处理，但由于百粒重的增加，使得玉米-大豆间作模式中的大豆产量显著高于小麦/大豆套作和亚麻/大豆套作模式。

间套作模式所形成的经济效益是评价间套作模式优劣的重要指标。3种作物分别与大豆间套作使得大豆产量较单作相比虽有所降低，但均表现出了间套作经济效益系统优势；其中，玉米-大豆间作模式的大豆产量降低程度低于小麦/大豆套作和胡麻/大豆套作模式，有利于其经济效益的提升。就不同种植模式比较而言，经济效益表现为：玉米-大豆间作＞胡麻/大豆套作＞小麦/大豆套作＞大豆单作。

在不同大豆间套作模式中，间套作既能保证该地区主栽作物的产量，又能增加大豆产量，具有一定的产量协调效应。其中，玉米-大豆间作模式经济效益高于小麦/大豆套作、胡麻/大豆套作和大豆单作模式。玉米-大豆间作模式既能缓解该地区对大豆的供需矛盾，又能增加农民的收入，是适宜该地区推广种植的经济高效益模式。